Способ очистки газообразных продуктов сгорания


 

B01D53 - Разделение (разделение твердых частиц мокрыми способами B03B,B03D; с помощью пневматических отсадочных машин или концентрационных столов B03B, другими сухими способами B07; магнитное или электростатическое отделение твердых материалов от твердых материалов или от текучей среды, разделение с помощью электрического поля, образованного высоким напряжением B03C; центрифуги, циклоны B04; прессы как таковые для выжимания жидкостей из веществ B30B 9/02; обработка воды C02F, например умягчение ионообменом C02F 1/42; расположение или установка фильтров в устройствах для кондиционирования, увлажнения воздуха, вентиляции F24F 13/28)

Владельцы патента RU 2460572:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) (RU)

Изобретение относится к способу обработки газообразных продуктов сгорания и может быть использовано для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания. Очистка газообразных продуктов сгорания заключается в дожигании газообразных продуктов сгорания, их последующей конденсации путем охлаждения и последующем отборе образующейся жидкости из продуктов сгорания. Дожигание продуктов сгорания проводят при избыточном кислороде. Каждый компонент газообразных продуктов сгорания сжижают посредством охлаждения и сжатия путем доведения его температуры, давления и удельного объема до значений меньше критических Ткр, Ркр, Vкp. Каждую образованную жидкость отводят от продуктов сгорания отдельно, причем сжижение компонентов газообразных продуктов сгорания производят поочередно, начиная с компонента, имеющего наибольшее значение критической температуры. Изобретение позволяет повысить степень очистки газообразных продуктов сгорания. 1 табл.

 

Изобретение относится к способу обработки газообразных продуктов сгорания, более конкретно к способу для очистки подобных продуктов, и может быть использовано для систем очистки от токсичных компонентов выхлопных газов и отходящих производственных вентиляционных выбросов, в частности для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания.

Известен способ улавливания оксидов азота из отходящих газов. Сущность его состоит в том, что отходящие газы, содержащие оксиды азота и насыщенные парами воды, охлаждают в холодильнике-конденсаторе ниже точки росы, а затем пропускают через слой гранул фракционного состава 0,5-5,0 мм при высоте слоя не менее 1,0 см. При этом в исходных газах поддерживают соотношение NOx/H2O таким, что после охлаждения концентрация азотной кислоты в конденсате не превышает 10 мас.% [Заявка на изобретение РФ 95108619, МПК B01D 53/04, опубл. 20.06.1997, авторы Устинов О.А., Кудрякова З.Н., Якунин С.А., Полянский А.И., Кожев А.И., Балуев В.А. «Способ улавливания оксидов азота»].

Недостатком данного способа является низкая степень очистки, которая не позволяет очистить газовые выбросы от других вредных компонентов, как, например, оксид углерода (CO), диоксид углерода (CO2), углеводороды (CnHm).

Известен способ очистки газообразных продуктов сгорании, согласно которому газообразные продукты сгорания дожигают в каталитической камере и охлаждают до температуры, соответствующей конденсации веществ, образующихся при горении. Указанные газообразные продукты охлаждают до температуры в интервале от 3 до 6°C. Образующуюся в результате конденсации указанных продуктов жидкость собирают [патент РФ №2258148, МПК F01N 3/04, опубл. 10.08.2005, Бил №22, авторы Бруззо Виталь «Способ и устройство очистки газообразных продуктов сгорания»].

Недостатком данного способа является низкая степень очистки выхлопных газов.

Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.

Техническим результатом является повышение степени очистки газообразных продуктов сгорания.

Технический результат достигается тем, что в способе очистки газообразных продуктов сгорания, заключающемся в дожигании газообразных продуктов сгорания, их последующей конденсации путем охлаждения и последующем отборе образующейся жидкости из продуктов сгорания, дожигание продуктов сгорания проводят при избыточном кислороде, каждый компонент газообразных продуктов сгорания сжижают посредством охлаждения и сжатия путем доведения его температуры, давления и удельного объема до значений меньше критических Tкр, Pкр, Vкp, каждую образованную жидкость отводят от продуктов сгорания отдельно, причем сжижение компонентов газообразных продуктов сгорания производят поочередно, начиная с компонента, имеющего наибольшее значение критической температуры.

Способ очистки газообразных продуктов сгорания заключается в дожигании продуктов сгорания при избыточном кислороде, поочередном доведении каждого вредного компонента до критической точки, начиная с компонента, имеющего наибольшую критическую температуру, сжижении и отводе каждого компонента отдельно от остальных продуктов сгорания.

Способ очистки газообразных продуктов сгорания реализуется следующим образом.

Сущностью предлагаемого технологического решения является способ очистки газообразных продуктов сгорания от вредных компонентов путем их поочередного сжижения и отделения друг от друга на примере выхлопных газов дизеля предлагаемого состава, (см. таблицу).

Наименование газа Критическое давление, МПа Критическая температура, °C Плотность при критическом давлении и температуре, кг/м-1
Метан CH4 4,64 -82,5 162
Этан C2H6 4,86 32,1 200
Пропан C3H8 4,07 96,8 226
Бутан C4H10 3,55 152,1 228
Пентан C5H12 3,3 197,2 232
Водяной пар H2O 22,11 374,1 324
Оксид углерода CO 3,5 -140,2 301
Диоксид углерода CO2 7,38 31,1 468
Закись азота N2O 7,255 36,43 453
Монооксид азота NO 6,54 -93 520
Диоксид азота NO2 10,1 158 560
Сернистый ангидрид SO2 8,04 157,5 524

Для каждого газа существуют определенные значения температуры и давления, при которых он может быть обращен в жидкость. Температура, при повышении которой газ не может быть обращен в жидкость при сколь угодно большом давлении, называется критической Tкр. Давление, необходимое для сжижения газа при критической температуре Tкр, называется критическим давлением pкр. Критические параметры токсичных газовых компонентов в составе отработавших газов представлены в таблице. При реализации данного способа каждый компонент газообразных продуктов сгорания сжижают посредством охлаждения и сжатия путем доведения его температуры, давления и удельного объема до значений меньше критических Tкр, Pкр, Vкр, каждую образованную жидкость отводят от продуктов сгорания отдельно, причем сжижение компонентов газообразных продуктов сгорания производят поочередно, начиная с компонента, имеющего наибольшее значение критической температуры Tкр. Последовательность сжижения вредных компонентов продуктов сгорания будет выглядеть следующим образом:

Водяной пар H2O (374,1°C) → пентан C5H12 (197,2°C) → диоксид азота NO2 (158°C) → сернистый ангидрид SO2 (157,5°C) → бутан C4H10 (152,1°C) → пропан C3H8 (96,8°C) → закись азота N2O (36,43°C) → этан C2H6 (32,1°C) → диоксид углерода CO2 (31,1°C) → метан CH4 (-82,5°C) → монооксид азота NO (-93°C) → оксид углерода CO (-140,2°C).

Температура выхлопных газов, на примере дизеля, на выходе составляет порядка 300-500°C. Первым отделяют водяной пар H2O. Охлаждают продукты сгорания до температуры ниже критической Tкр=374,1°C и производят сжатие. Поднимают давление до величины, требуемой для сжижения водяного пара. Сжиженный водяной пар отводят от остальных продуктов сгорания в отдельную емкость. Производят охлаждение газов до температуры меньше 197,2°C и сжатие, в результате чего пентан C5H12 переходит в жидкое состояние. Эта жидкость отводится от остальных продуктов сгорания. Производят дальнейшее охлаждение газов до температуры меньше 158°C и сжатие. При этой температуре диоксид азота NO2 превращается в жидкость. Отводят жидкий диоксид азота от газообразных продуктов сгорания. Еще охладив выхлопные газы до температуры ниже 157,5°C и сжав продукты сгорания, произойдет сжижение сернистого ангидрида SO2. Отводят его от остальных продуктов сгорания. Охлаждая далее до температуры меньше 152,1°C и сжимая продукты сгорания, сжижают и отводят в отдельную емкость бутан C4H10. Производят дальнейшее охлаждение оставшихся продуктов сгорания до температуры меньше 96,8°C и их сжатие. В результате чего пропан C3H8 переходит из газообразного состояния в жидкое. Отводят сжиженный пропан от газообразных продуктов сгорания. Следующим компонентом, который сжижается и отводится, является закись азота N2O. Охлаждают газ до температуры меньше 36,43°C и производят сжатие, что приводит к сжижению N2O. После отвода этого компонента приступаем к дальнейшему охлаждению газовых выбросов. Достигнув температуры меньше 32,1°C и сжав газообразные продукты сгорания, этан C2H6 превращается в жидкость. Жидкий этан отводится от остальных газов. Далее следует резко понизить температуру газовых выбросов до значения меньше минус 82,5°C и сжать продукты сгорания. Это приведет к сжижению метана CH4. Отводят его в отдельную емкость. Производят дальнейшее охлаждение до температуры меньше минус 93°C, соответствующей критической температуре монооксида азота NO, и сжатие продуктов сгорания. Монооксид азота NO переходит из газообразного состояния в жидкое. Отводят эту жидкость от газов. Последующее охлаждение до температуры меньше минус 140,2°C и сжатие газообразных продуктов сгорания позволяют превратить в жидкость и отделить последний оставшийся вредный компонент - оксид углерода CO. Отвод каждого конкретного компонента, находящегося в жидком состоянии, производится в отдельную, для каждого свою, емкость. После удаления всех вредных компонентов из продуктов сгорания очищенный газ выпускается в атмосферу.

Как видно из таблицы, метан CH4, монооксид азота NO и оксид углерода CO имеют наиболее низкие значения критических температур. Поэтому целесообразно проводить дожигание продуктов сгорания при избыточном кислороде, которое позволит окислить эти компоненты до компонентов, более благоприятных для сжижения. Окисление проходит по следующим реакциям:

1. CH4+2O2→CO2+2H2O

2. 2NO+O2→2NO2

3.

Таким образом, не потребуется охлаждения газовых выбросов до минусовых температур. В этом случае охлаждение продуктов сгорания целесообразно и дешево проводить водой.

Чем ниже температура компонента газа, тем меньшее давление потребуется для превращения газа в жидкость. После поочередного сжижения и сбора вредных компонентов продуктов сгорания их утилизируют. Собранные жидкие компоненты можно использовать в производственных целях.

Предлагаемый способ очистки газообразных продуктов сгорания позволяет достигнуть устранения до 99,8% всех токсичных выбросов и обеспечить экологическую безопасность работы двигателей внутреннего сгорания и других энергетических установок.

Способ очистки газообразных продуктов сгорания, заключающийся в дожигании газообразных продуктов сгорания, их последующей конденсации путем охлаждения и последующем отборе образующейся жидкости из продуктов сгорания, отличающийся тем, что дожигание продуктов сгорания проводят при избыточном кислороде, каждый компонент газообразных продуктов сгорания сжижают посредством охлаждения и сжатия путем доведения его температуры, давления и удельного объема до значений меньше критических Ткр, Ркр, Vкp, каждую образованную жидкость отводят от продуктов сгорания отдельно, причем сжижение компонентов газообразных продуктов сгорания производят поочередно, начиная с компонента, имеющего наибольшее значение критической температуры.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к нефтегазовой, нефтехимической промышленности, в частности к устройствам контроля капельного уноса жидкостей на установках комплексной подготовки газа к транспорту.
Изобретение относится к области разделения газовых смесей с помощью полупроницаемых мембран и может быть использовано в газовой, нефтяной, химической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к пищевой и перерабатывающей отраслям промышленности и может быть использовано в крахмалопаточном и комбикормовом производстве. .

Изобретение относится к области газоснабжения транспортных средств и может быть использовано в качестве способа подготовки топлива в газотурбинных приводах компрессорных станций, на транспорте, для производства электроэнергии, в частности в автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях для заправки сжатым природным газом.

Изобретение относится к технологии выделения сульфата аммония из водного раствора и может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности. .
Изобретение относится к химической промышленности, а именно к способам утилизации диоксида углерода. .

Адсорбер // 2460574
Изобретение относится к технике очистки адсорбентами, а именно к газоочистному оборудованию, и может найти применение в химической, металлургической и других отраслях промышленности для очистки газовых смесей

Изобретение относится к экологической биотехнологии и может быть применено для рационального использования биогаза в процессе очистки сточной воды

Изобретение относится к конструкциям выпарных кристаллизаторов для получения из растворов кристаллов вещества в виде порошка

Изобретение относится к устройству и способу для сбора и перераспределения потока жидкости, опускающегося в обменной колонне

Изобретение относится к способам селективного улавливания и удаления очищенного газообразного диоксида углерода, селективного удаления и регенерации диоксида серы и оксидов азота, а также тяжелых металлов

Изобретение относится к каталитическим композициям для восстановления сернистых соединений, содержащихся в газовом потоке

Изобретение относится к технике проведения тепло- и массообменных процессов, а именно испарению жидких сред (жидкостей, растворов, суспензий) в режиме кипения

Изобретение относится к каталитическим производствам нановолокнистых углеродных материалов и водорода и может быть использовано в нанотехнологиях, химической промышленности, водородной энергетике
Наверх